JP2004197714A

JP2004197714A - モータ

Info

Publication number: JP2004197714A
Application number: JP2002370222A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Karaki; 俊郎唐木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】電源平滑用コンデンサの冷却性能およびスペース効率を向上させる。
【解決手段】モータ部３と駆動回路部５とを、同一のケース７内に収容して一体化する。モータ部３は、回転子２１の周囲にコイル２３を備えた固定子２５を有する。駆動回路部５は、リング状に形成した電源平滑用コンデンサ２９（２９ａ，２９ｂ，２９ｃ），モータ回転軸１の回転角センサ２７，制御回路素子４１を有する。モータ回転軸１の先端には冷却ファン４３を連結し、この冷却ファン４３により、空気導入孔１３ａ，１３ｂから空気を導入し、空気排出孔９ａから空気を排出することで、駆動回路部５を冷却する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータ部と、このモータ部を駆動する駆動回路部とを、同一のケース内に収容して一体化したモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータ部と、このモータ部を駆動する駆動回路部とを、同一のケース内に収容して一体化する際の求められる要件として、サイズが小型であること並びに冷却が簡易であることが挙げられる。
【０００３】
ところで、駆動回路部における電源供給側に用いる電源平滑用コンデンサは、冷却が必要であり、また駆動回路部内の容積の多くを占有することから、冷却効率の向上、小型化並びに占有スペース効率を向上する際の要求が高い部位である。
【０００４】
従来の電源平滑用コンデンサの冷却並びにスペース効率の向上に関する従来技術としては、特許文献１に記載されたものがある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１４６１４２号公報
また、モータ部と駆動回路部とを、同一のケース内に収容して一体化したモータとしては、特許文献２に記載されたものがある。
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−３１０８４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のものは、電源平滑用コンデンサの冷却性能およびスペース効率の点で充分ではなく、改善が望まれている。
【０００８】
そこで、この発明は、電源平滑用コンデンサの冷却性能およびスペース効率を向上させることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、モータ部と、このモータ部を駆動する駆動回路部とを、同一のケース内に収容して一体化するとともに、前記駆動回路部に設けた電源平滑用コンデンサをリング状に形成し、前記モータ部の回転軸に冷却ファンを連結し、この冷却ファンにより発生する冷却風で、前記リング状の電源平滑用コンデンサを冷却する構成としてある。
【００１０】
【発明の効果】
この発明によれば、電源平滑用コンデンサをリング状に形成し、モータ部のモータ軸に冷却ファンを連結してこの冷却ファンにより電源平滑用コンデンサを冷却するようにしたため、電源平滑用コンデンサの冷却性能およびスペース効率を向上させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１２】
図１は、この発明の第１の実施形態に係わるモータの側面断面図で、図２はこのモータの外観形状を示す斜視図である。
【００１３】
上記したモータは、回転軸１を備えたモータ部３と、このモータ部３を駆動する駆動回路部５とを、同一のケース７内に収容して一体化している。
【００１４】
ケース７は、円筒部９と、円筒部９の軸方向両端の端板１１，１３とを有して全体として円筒形状を呈し、このケース７内は、隔壁１５により、前記したモータ部３を収容するモータ部収容空間１７と、駆動回路部５を収容する駆動回路部収容空間１９とに仕切ってある。
【００１５】
上記した隔壁１５および図１中で右側の端板１１は、回転軸１を回転可能に支持している。この回転軸１の上記した隔壁１５と図１中で右側の端板１１との間に、モータ部３の回転子２１を固定し、その周囲のケース７の内壁にコイル２３を備えた固定子２５を装着する。
【００１６】
回転軸１は、隔壁１５を貫通して駆動回路部収容空間１９内に達している。この駆動回路部収容空間１９内における回転軸１の周囲には、回転軸１の回転角を検出する回転角センサ２７を、回転軸１に対して非接触の状態で配置してある。
【００１７】
また、上記した駆動回路部収容空間１９には、図１のＡ−Ａ断面図である図３および図１のＢ−Ｂ断面図である図４に示すように、電源平滑用コンデンサ２９（２９ａ，２９ｂ，２９ｃ）を配置してある。この各電源平滑用コンデンサ２９は、互いに大きさの異なるリング状に形成し、これらを同心円状に配置してある。
【００１８】
上記した各電源平滑用コンデンサ２９は、中央に配置した矩形状の固定板３１および、この固定板３１とケース７の内壁とを連結する４本の固定ロッド３３，３５，３７，３９に固定する。この固定板３１と固定ロッド３３，３５，３７，３９とで固定部材を構成している。
【００１９】
前記した回転軸１は、固定板３１を貫通しており、回転軸１の周囲に配置した前記回転角センサ２７は、固定板３１の図１中で左側に固定してある。この回転角センサ２７を囲むように、最も小さい電源平滑用コンデンサ２９ｃを、回転角センサ２７と同じ側の固定板３１上に固定する。他の電源平滑用コンデンサ２９ａ，２９ｂは、上記４本の固定ロッド３３，３５，３７，３９上の電源平滑用コンデンサ２９ｃと同じ側に固定する。
【００２０】
また、図４に示すように、固定板３１の電源平滑用コンデンサ２９および回転角センサ２７と反対側の面には、制御回路素子４１を固定する。
【００２１】
上記した制御回路素子４１，電源平滑用コンデンサ２９および回転角センサ２７により、駆動回路部５を構成する。
【００２２】
前記した回転軸１は、図１に示すように、回転角センサ２７よりさらに前方（図１中で左側）へ突出し、この突出した端部には、冷却ファン４３を連結固定する。図５は、上記した冷却ファン４３を示す図１のＣ−Ｃ断面図であり、この冷却ファン４３は、回転軸１の回転によって回転し、冷却風を図１中で右方向に流す。
【００２３】
図６は、図１のＤ矢視図であり、図１中で左側の端板１３には、上記した冷却風を取り入れる空気導入孔１３ａおよび１３ｂを、中央およびその周囲にそれぞれ設けてある。また、図１に示すように、ケース７における円筒部９の隔壁１５近傍の駆動回路部収容空間１９に対応する部位には、上記導入した冷却風をケース７の外部へ排出する空気排出孔９ａを円周方向に沿って複数設けてある。
【００２４】
次に、上記したモータにおける冷却動作を説明する。電源平滑用コンデンサ２９と制御回路素子４１によって電源からモータへ供給する電力を制御し、モータを駆動する。モータの駆動により回転軸１が回転することで、冷却ファン４３が回転する。冷却ファン４３の回転により、外部空気を端板１３の空気導入孔１３ａ，１３ｂから導入し、空気排出孔９ａから排出することで、図１に矢印で示すような冷却風が発生し、電源平滑用コンデンサ２９，制御回路素子４１および回転角センサ２７を冷却する。
【００２５】
ここで、上記した駆動回路部５に使用する電源平滑用コンデンサ２９は、大きな容量が必要であり、アルミ電解コンデンサを用いるものとする。
【００２６】
アルミ電解コンデンサは、陽極アルミ箔と陰極アルミ箔との間に誘電体である電解液を含ませた電解紙を挟み、それを巻回してケース内に収め、陽極アルミ箔と陰極アルミ箔それぞれから端子を取り出す。ここでは、リング状のケースに上記巻回した陽極アルミ箔と陰極アルミ箔を収容し、前記図３および図４に示したような複数のリング状のアルミ電解コンデンサ（電源平滑用コンデンサ２９）を得る。
【００２７】
また、各電源平滑用コンデンサ２９の端子は図３中のＴ部のように作成し、各端子間を配線にて接続する。電源平滑用コンデンサ２９の容量は、陽極アルミ箔と陰極アルミ箔の面積によって決まるので、陽極アルミ箔と陰極アルミ箔の面積を大きくするか、巻回する回数を多くすれば、大きな容量が実現できる。
【００２８】
ここで巻回する回数を多くして大きな容量を得る際の問題として、コンデンサケースの表面を空冷することによって放熱させようとした場合、コンデンサ中心部の発熱を放熱しにくいという点が挙げられる。
【００２９】
そこで上記した実施形態では、複数の電源平滑用コンデンサ２９をリング状に形成してこれらを同心円状に配置し、単位体積当たりのコンデンサケースの表面積を増加させた。これにより、各電源平滑用コンデンサ２９のコンデンサケース表面からコンデンサ中心部までの距離が短くなり、良好な冷却を行えて、コンデンサ中心部の発熱を放熱しにくいという上記した欠点を解消できる。
【００３０】
また、電源平滑用コンデンサ２９の最大直径（外径）は、モータケース７の内径とほぼ同じ寸法に設定できるため、容量を確保しやすい。これは電源平滑用コンデンサ２９のモータ軸方向の寸法を短縮できることを示しており、モータ全体のサイズを小さくすることにつながる。
【００３１】
つまり、上記した実施形態によれば、電源平滑用コンデンサ２９の冷却性能を向上させ、なおかつモータ部３と駆動回路部５とを同一のケース７内に収容して一体化したシステムにおける電源平滑用コンデンサ２９のスペース効率を向上させるという効果が得られる。
【００３２】
また、ケース７内を流れる冷却風が、駆動回路部収容空間１９を通過する際には、固定板３１および固定ロッド３３，３５，３７，３９を冷却するので、ケース７の熱が駆動回路部５へ伝達しにくいものとなり、駆動回路部５の冷却効果がさらに向上する。
【００３３】
なお、上記した固定板３１および固定ロッド３３，３５，３７，３９に断熱材を用いることで、ケース７の熱を駆動回路部５へさらに伝達しにくいものにでき、駆動回路部５の冷却効果をより一層高めることができる。
【００３４】
また、本実施例では電源平滑用コンデンサ２９を３つ用いているが、これ４つ以上もしくは２つ以下でも前述と同様の効果がある。
【００３５】
図７は、この発明の第２の実施形態を示す、前記図４に相当する断面図である。この実施形態の前記第１の実施形態との違いは、電源平滑用コンデンサ２９および制御回路素子４１を固定する固定部材の形状である。
【００３６】
第２の実施形態は、固定板３１Ａに固定してある制御回路素子４１を、電源平滑用コンデンサ２９ｂと電源平滑用コンデンサ２９ｃとの間に配置している。これにより冷却風が、制御回路素子４１の裏面側の固定板３１Ａに直接当たり、制御回路素子４１の冷却効率が、第１の実施形態に比べて向上する。
【００３７】
なお、上記した固定板３１Ａとその周囲の固定ロッド３３Ａ，３５Ａ，３７Ａ，３９Ａとで固定部材を構成している。
【００３８】
図８は、この発明の第３の実施形態を示すモータの側面断面図である。この実施形態は、電源平滑用コンデンサ２９および制御回路素子４１の固定位置を、第１の実施形態と逆にしている。つまり、電源平滑用コンデンサ２９を隔壁１５側に、制御回路素子４１を端板１３側に、それぞれ配置し、回転角センサ２７も電源平滑用コンデンサ２９と同じ側に配置する。
【００３９】
電源平滑用コンデンサ２９、制御回路素子４１および回転角センサ２７に対する冷却動作および効果は、第１の実施形態ととほぼ同じである。
【００４０】
図９は、この発明の第４の実施形態を示すモータの側面断面図である。この実施形態は、冷却ファン４３Ｂを、図８に示した第３の実施形態に対し、隔壁１５と電源平滑用コンデンサ２９との間の回転軸１に連結固定するとともに、冷却風の流れる向きを第３の実施形態と逆にしている。冷却動作および効果は前記した各実施形態とほぼ同じである。
【００４１】
図１０は、この発明の第５の実施形態に係わるモータの側面断面図で、図１１はこのモータの外観形状を示す斜視図である。この実施形態においても、モータは、回転軸１を備えたモータ部３Ｃと、このモータ部３Ｃを駆動する駆動回路部５Ｃとを、同一のケース７Ｃ内に収容して一体化している。
【００４２】
ここでのモータは、磁石を用いていない高温動作が可能なスイッチドリラクタンスモータ（ＳＲモータ）とし、このモータを駆動するスイッチング素子は、高温動作が可能な半導体スイッチング素子４５とする（例えばＳｉＣデバイス）。
【００４３】
この実施形態は、前述した各実施形態が冷却風を発生させるために冷却ファンを使用するのに対し、モータ部３Ｃの回転子２１Ｃ自身が冷却ファンとしての機能を備えている。
【００４４】
図１２は、上記した回転子２１Ｃの図１０中で右方向から見た図で、その外周部に、軸方向に沿って傾斜する空気案内凹部４７を、円周方向等間隔に４つ形成してある。この回転子２１Ｃは、回転軸１の周方向に沿って等間隔に４つの四角柱部４９を軸方向に延長して形成し、この４つの四角柱部４９を円周方向に所定角度捻ることで、上記した軸方向に沿って傾斜する空気案内凹部４７を、四角柱部４９相互間に形成する。
【００４５】
上記した回転子２１Ｃの外周側のケース７Ｃの内面には、固定子２５Ｃを円周方向等間隔に６つ設けてある。各固定子２５Ｃには、コイル２３Ｃをそれぞれ巻き付けてあり、各コイル２３Ｃの互いに対向するもの同士を、図１０のＥ−Ｅ断面図である図１３に示すように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相とし、回転子４極、固定子６極の３相モータを構成する。
【００４６】
ケース７Ｃの図１０中で右側の端板１１Ｃの回転子２１Ｃに対応する位置には、空気導入孔１１Ｃａを円周方向に複数（ここでは４つ）設け、同左側の端板１３には、前記図６に示した第１の実施形態の空気導入孔１３ａ，１３ｂを、空気排出孔１３ｃ，１３ｄとしてそれぞれ設けてある。
【００４７】
また、モータ部３Ｃと駆動回路部５Ｃとを隔てる隔壁１５Ｃには、モータ部収容空間１７Ｃと駆動回路部収容空間１９Ｃとを連通する空気流通孔１５Ｃａを、図１０のＦ−Ｆ断面図である図１４に示すように、円周方向に複数（ここでは４つ）設けてある。
【００４８】
前記した半導体スイッチング素子４５は、上記した隔壁１５Ｃの駆動回路部収容空間１９Ｃ側の外周側に配置してある。半導体スイッチング素子４５を除く駆動回路部５の他の部品の配置構成は、前記図９に示した第４の実施形態と同様であり、また冷却ファンは設けておらず、ケース７Ｃの円筒部９Ｃには空気導入孔を設けていない。
【００４９】
次に、上記図１０に示したモータの動作について述べる。モータ部３Ｃの固定子２５Ｃに巻かれた各コイル２３ＣのＵ相−Ｖ相−Ｗ相の順にそれぞれに電流を流すと、これにより発生する磁束が回転子２１Ｃを引きつけ、この吸引力がモータを回転させる力となる。
【００５０】
各相の励磁のタイミングは、回転子２１Ｃの位置を回転角センサ２７が検知し、この検知結果に基づいて制御回路素子４１が制御する。
【００５１】
このモータは、前述したように磁石を用いない高温で動作することが可能なスイッチドリラクタンスモータであり、半導体スイッチング素子４５も高温動作可能としてある。したがって、これらモータ部３Ｃおよび半導体スイッチング素子４５の冷却については、ケース７Ｃからの自然空冷で実現することが可能である。
【００５２】
しかしながら、電源平滑用コンデンサ２９、回転角センサ２７、制御回路素子４１の動作可能温度は、前記モータ部３Ｃおよび半導体スイッチング素子４５よりも低く、冷却が必要となる。
【００５３】
次に、第５の実施形態おける冷却動作を説明する。
【００５４】
モータを起動し、回転軸１を、回転子２１Ｃとともに図１２中で矢印Ｇの方向へ回転させると、回転子２１Ｃに設けてある空気案内凹部４７が、図１０中で右側の空気を巻き込み左方向へ流す冷却風Ｈを発生させる。
【００５５】
この冷却風Ｈは、端板１１Ｃの空気導入孔１１Ｃａから導入するケース７Ｃ外部の空気を含んでおり、このケース７Ｃ内に導入した空気は、ケース７Ｃ内で図１０中で左方向へ流れる冷却風となる。
【００５６】
上記した冷却風は、モータ部３Ｃを経て隔壁１５Ｃの空気流通孔１５Ｃａを通り、駆動回路部５Ｃを配置している駆動回路部収容空間１９Ｃに達する。駆動回路部収容空間１９Ｃに達した冷却風は、この冷却風の流れ方向前方に位置する電源平滑用コンデンサ２９、制御回路素子４１および回転角センサ２７を冷却する。
【００５７】
駆動回路部５を冷却した冷却風は、端板１３の空気排出孔１３ｃ，１３ｄを通ってケース７Ｃの外部へ排出される。
【００５８】
上記した第５の実施形態によれば、スイッチドリアクタンスモータ（モータ部３Ｃ）と高温動作デバイス（半導体スイッチング素子４５）とを組み合わせ、モータ部３Ｃと駆動回路部５Ｃとを、同一のケース７Ｃ内に収容して一体化したシステムを実現する際、高温動作に耐えられない部分（電源平滑用コンデンサ２９，制御回路素子４１，回転角センサ２７）の冷却を、例えば専用の空冷ファンもしくは、専用の水冷系を設けるといったことなしに実現することが可能となり、システム全体の小型化を図ることができる。
【００５９】
そして、ここでは、高温動作可能で冷却の必要がない半導体スイッチング素子４５を、隔壁１５Ｃに設けることで、スペース効率を上げることも可能となる。
【００６０】
なお、回転子２１Ｃに設けた空気案内凹部４７は、回転軸１の軸方向に沿って直線的に傾斜させているが、この形状に限定するものではなく、例えば、軸方向に沿って螺旋形状となるようにしてもよい。
【００６１】
また、本実施形態においても、図７に示した第２の実施形態のように、電源平滑用コンデンサ２９ｃと２９ｂとの間に制御回路素子４１を配置することによって、冷却風が、制御回路素子４１の裏面側に当たり、制御回路素子４１の冷却効率を向上させることができる。
【００６２】
図１５は、この発明の第６の実施形態を示す回転子２１Ｄの側面図である。この第６の実施形態の前記図１０に示した第５の実施形態との違いは、回転子２１Ｄにおける空気案内凹部４７Ｄ相互間の四角柱部４９Ｄの軸方向両端部に、軸方向に突出する空気取込部となる突起５１を設けた点である。
【００６３】
回転子２１Ｄに突起５１を設けることで、空気案内凹部４７Ｄに空気を取り込みやすくなり、ケース７Ｃ内の冷却風がより発生しやすくなって冷却性能が向上する。
【００６４】
図１６は、この発明の第７の実施形態を示す電源平滑用コンデンサの正面図である。前記した第１〜６の各実施形態との違いは、電源平滑用コンデンサ２９のコンデンサケース間を、連結部材としてのリム５３により連結している点である。リム５３により連結した３つの電源平滑用コンデンサ２９を、図３と同様に、固定板３１および固定ロッド３３，３５，３７，３９に固定する。
【００６５】
上記したように、電源平滑用コンデンサ２９をリム５３により互いに連結することで、電源平滑用コンデンサ２９の熱をリム５３を介して放熱し、電源平滑用コンデンサ２９の冷却性がさらに向上すると同時に、構造的にも強化することができる。
【００６６】
なお、上記したリム５３の使用は、前記した第１〜６の各実施形態全てに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係わるモータの側面断面図である。
【図２】図１のモータの外観形状を示す斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図１のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】図１のＤ矢視図である。
【図７】この発明の第２の実施形態を示す、図４に相当する断面図である。
【図８】この発明の第３の実施形態を示すモータの側面断面図である。
【図９】この発明の第４の実施形態を示すモータの側面断面図である。
【図１０】この発明の第５の実施形態を示すモータの側面断面図である。
【図１１】図１０のモータの外観形状を示す斜視図である。
【図１２】図１０における回転子の軸方向から見た正面図である。
【図１３】図１０のＥ−Ｅ断面図である。
【図１４】図１０のＦ−Ｆ断面図である。
【図１５】この発明の第６の実施形態を示す回転子の側面図である。
【図１６】この発明の第７の実施形態を示す電源平滑用コンデンサの正面図である。
【符号の説明】
１回転軸
３，３Ｃモータ部
５，５Ｃ駆動回路部
７，７Ｃケース
２１Ｄ回転子
２７回転角センサ
２９（２９ａ，２９ｂ，２９ｃ）電源平滑用コンデンサ
３１，３１Ａ固定板（固定部材）
３３，３５，３７，３９，３３Ａ，３５Ａ，３７Ａ，３９Ａ固定ロッド（固定部材）
４１制御回路素子
４３，４３Ｂ冷却ファン
４５半導体スイッチング素子
４７，４７Ｄ空気案内凹部
５１突起（空気取込部）
５３リム（連結部材）

Claims

モータ部と、このモータ部を駆動する駆動回路部とを、同一のケース内に収容して一体化するとともに、前記駆動回路部に設けた電源平滑用コンデンサをリング状に形成し、前記モータ部の回転軸に冷却ファンを連結し、この冷却ファンにより発生する冷却風で、前記リング状の電源平滑用コンデンサを冷却することを特徴とするモータ。
モータ部と、このモータ部を駆動する駆動回路部とを、同一のケース内に収容して一体化するとともに、前記駆動回路部に設けた電源平滑用コンデンサをリング状に形成し、前記モータ部の回転軸に設けた回転子の外周部に、軸方向に沿って傾斜する空気案内凹部を設け、前記回転子の回転により前記空気案内凹部に沿って流れる冷却風を発生させ、この冷却風の下流側の前記ケース内に、前記電源平滑用コンデンサを配置したことを特徴とするモータ。
前記リング状の電源平滑用コンデンサを、前記モータ部の回転軸を中心に同心状に配置したことを特徴とする請求項１または２記載のモータ。
前記駆動回路部は、前記電源平滑用コンデンサのほかに、スイッチング素子と前記回転軸の回転角センサと制御回路素子とをそれぞれ備え、このうち冷却に必要な部品のみを、前記空気案内凹部に沿って流れる冷却風により冷却することを特徴とする請求項２記載のモータ。
前記回転子の軸方向端部における前記空気案内凹部相互間の部位を、軸方向に突出させて、空気取込部を設けたことを特徴とする請求項２または４記載のモータ。
前記電源平滑用コンデンサを、前記ケース内に設けた固定部材の一方の面に固定するとともに、前記駆動回路部に設けた制御回路素子を、前記電源平滑用コンデンサに対し、前記冷却風の流れ方向と交差する方向にずれた位置にて前記固定部材の他方の面に固定したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のモータ。
前記リング状の電源平滑用コンデンサは、互いに大きさの異なるものを複数設けてこれらを同心円状に配置し、この複数の電源平滑用コンデンサ相互を、連結部材で連結したことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のモータ。